Effect of Fine Root Contact on Plant-Induced Weathering of Basalt

The objective of the present study was to provide experimental evidence on the active role of plant roots in rock weathering and the importance of the proximity of roots to rock in the weathering process. The analysis was based on the release of different elements from basalt rock particles by three crop species: rice, soybean and maize. Quantitative results were obtained by chemical analyses. We designed two types of hydroponic crop pots, in which fine roots were allowed (or not allowed) to make contact with rock particles by using coarse (or fine) net bags. Experiments were carried out in a controlled glasshouse during a 42 d period. The release of elements in the presence of the plants was calculated by subtracting the decrease in the amounts of elements in the media from the amounts absorbed by the plants. We observed the positive effect of plants on the release of elements from the rock particles and the highest amounts were released in the soybean pots. The amounts of Si, Ca, Mg, Mn and Al released increased by a factor of 2–5, 2–7, 16–112, 3–19 and 6–60, respectively. The amount of Fe released by soybean plants from the rock particles was 4–6 times higher than that by other plants. Between the coarse and fine net pots, the amount of released elements differed significantly only for soybean (Si, Mg and Mn at p < 0.01 level and Fe at p < 0.05 level), which displayed the most vigorous growth. Our results imply that weathering may be caused partially by the absorption of nutrient elements directly through the interface of fine roots and rock particles, and is most likely associated with alterations of the local rhizosphere conditions surrounding the roots.     

植物根系强化黄土土层化学风化速率的作用

黄土的风化主要为植物群落根系的物理作用及其所引起的生物化学作用。利用原状土柱淋滤实验装置及大型挖掘剖面壁法,在陕北黄土丘陵沟壑区进行野外实验研究,定量分析了林、草和农地土壤化学风化的剖面特征及动力学过程。研究结果表明,黄土土层的化学风化具有明显的垂直剖面分异特征,即风化速率随土层深度增加而递减。土壤化学风化的动力学过程可划分为急剧减小和稳定状态两个阶段。不同植被类型土壤风化速率及主导风化矿物组合类型的剖面差异主要受制于直径≤1mm的须根在剖面中的缠绕分布特征。植物根系对土壤风化作用的强化效应为油松林群落>白草群落;油松林群落和白草群落根系显著提高矿物风化速率的稳定土层深度范围分别为0～45cm和0～30cm,有效根密度分别在17根/100cm2和60根/100cm2以上。     

The Effects of AlCl3 Additions on Rhizosphere Soil and Fine Root Chemistry of Sugar Maple (Acer Saccharum)

Increased Al mobilization and Ca and Mg leaching have been linked to nutritional imbalances in sugar maple across the northeastern US and Canada. The susceptibility of sugar maple fine roots to Al stress is poorly understood, in part because roots respond to Al stress by altering the chemistry of the rhizosphere. AlCl₃ was applied to plots of sugar maple at the Hubbard Brook Experimental Forest, NH. After two years of treatment, we sampled fine roots of sugar maple, rhizosphere soil, and bulk soil in the Oa horizon and the upper 10 cm of the mineral soil. AlCl₃ treatments resulted in significantly less Ca (21%) and Mg (30%) in fine roots from the organic horizon, but had no significant effect on fine root Al. Fine root (Ca+Mg):Al ratios were 42% lower in AlCl₃ plots than in controls, though most roots had ratios above critical toxicity thresholds developed for hydroponically grown sugar maple seedlings. In the mineral horizon, roots differed only in Mg concentration, which was 22% lower in AlCl₃ plots. In the AlCl₃ treated plots, rhizosphere soil in the organic horizon had 47% greater Al and 29% less Mg than in controls. Combining data from both treatments we found significantly less Al and organically bound Al in rhizosphere soil than in bulk soil, possibly due to leaching of Al from the rhizosphere by organic acids released by roots. These results suggest that increased mobilization of Al in soil lowers (Ca+Mg):Al ratios in sugar maple fine roots, though roots may minimize Al stress by leaching Al from the rhizosphere.     

水分生态环境对刺槐细根垂直分布的影响

采用土钻法,对安塞县和长武县的刺槐细根面积垂直分布特征进行调查研究,结果表明:（1）刺槐细根的垂直分布与水分生态环境密切相关,现存的细根密度是对具体生境逐步适应调整的结果。（2）刺槐在遗传特性上表现为深根性树种。刺槐细根的垂直分布除了受树种遗传特性的影响,很大程度上受水分生态环境的影响。（3）刺槐细根的垂直分布区域与降雨的补偿深度基本一致,如果土壤中的水分得不到很好的补偿,将对刺槐的生长造成很大影响。因此,黄土高原营造人工林,应充分考虑降水对土壤含水量的补偿深度和补偿程度,以水分生态环境中所能容纳的适宜细根密度为依据确定造林密度,才能使树木达到最大生产力。     

土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态和功能特征的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态及功能的影响。结果表明:(1)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根直径和体积呈减小趋势,而根长、比根长、表面积、比表面积均呈增大趋势,表明在胁迫条件下,红砂幼苗细根可通过根长、比根长、表面积、比表面积的增加与直径和体积的减小来适应逆境胁迫。随根序的升高红砂幼苗细根直径呈增大趋势,而根长和比根长表现出减小趋势,比表面积呈先升高后降低的趋势。(2)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根全C含量呈降低趋势,而全N含量先呈明显的降低趋势,后呈升高趋势,表明在中度胁迫下红砂幼苗细根呼吸作用明显降低。随根序的升高红砂幼苗细根全C含量呈增加趋势,而全N含量呈下降趋势,表明红砂幼苗较低级根序具有较强的呼吸作用与代谢活性。(3)红砂幼苗细根根长与全C含量之间呈极显著正相关关系;直径与全C含量之间呈显著正相关关系;比根长与C含量呈显著负相关关系。     

蒋家沟泥石流区新银合欢细根固土效应

以蒋家沟泥石流区不同龄级新银合欢根系为研究对象,在分析其垂直分布与构成特征的基础上,运用加筋原理研究其固土效应。结果显示,不同龄级新银合欢根系表聚现象明显,随土层深度的增加呈减少趋势,约80%集中在0—120cm土层范围内;细根（D≤1mm）在整个细根根系中所占比例较大,决定着整个细根的分布趋势;10年生新银合欢D≤1mm细根较5年生增幅明显,15年生1mm     

灌溉方式对杨树人工林细根分布特征的影响

[目的] 探究滴灌对北京市大兴区林场5—6年生欧美107杨树人工林细根分布的影响，为干旱沙地条件下营建人工林提供理论支持。[方法] 采用根钻取样法，对比滴灌和常规灌溉条件下细根生物量在不同方向、不同水平距离和不同土层深度的差异。[结果] 滴灌没有改变细根的空间分布格局，细根在水平方向的距树干50 cm内，垂直方向的0—40 cm土层集中分布，不同方向的细根分布表现为：株间>对角>行间。滴灌对细根生长和分布的影响受滴灌后形成的湿润带范围影响，株间方向细根生物量在水平和垂直方向的分布特征与对角和行间方向差异明显，湿润带范围内细根生物量均与常规灌溉差异极显著（p<0.01）。[结论] 滴灌条件下的杨树人工林较常规灌溉有更多的细根分布，可以更充分利用地下资源，促进林木生长，提高林地生产力。     

风化作用对沟谷型泥石流发育环境的影响研究

地质条件是泥石流发育环境的三大条件之一,其主要作用是为泥石流提供固体物源。风化作用对产生泥石流固体物源的影响很大。以岩石的坚固系数为基础,研究了物理及化学风化对形成泥石流固体物源的影响。研究结果表明:(1)物理风化是形成泥石流物源的主要原因,冰劈作用往往造成强烈的物理风化,有利于泥石流的发育(2)化学风化不直接提供固体物源,但碳酸根离子的存在使化学风化不利于泥石流的发育。研究得出岩石坚固系数的物理风化和化学风化修正方法,最终得到形成泥石流的地质因子。形成泥石流的地质因子在汶川地震影响区内判别泥石流的暴发与否的应用研究中取得了较好的结果。     

施氮对白羊草细根形态和生长的影响

细根作为植物吸收水分和养分的重要器官,其形态和生长也受到土壤资源有效性的影响。以多年生草本植物白羊草(Bothriochloa ischaemun)为研究对象,通过盆栽试验和连续扫描根系的方法,研究了6个施氮处理(0,0.02,0.04,0.08,0.16和0.32 g/kg)对白羊草1—4级根序根系形态特征的影响。结果表明:(1)随着根序增加,各级根序上根系的平均直径和平均根长呈显著增加趋势(p<0.05),但总根长和比根长显著下降(p<0.05);(2)除对1级根的平均直径没有显著影响外,施氮增加了白羊草其它各级根序的平均根长和平均直径,减小了比根长、总根长和生物量;(3)施氮提高了1—4级根序的根系伸长速率和直径增粗速率,且根系伸长速率和增粗速率随时间推移呈动态变化,尤其是对1,2级根序的影响较大。因此,全球氮沉降增加可能通过影响细根的平均根长、平均直径、比根长、生物量等形态特征而对草本植物地下特征产生影响,进而影响陆地生态系统的C,N循环。     

祁连山三种主要乔木林细根生物量比较

采用根钻法采集细根,分析了祁连山中段寺大隆林区3种主要乔木植被青海云杉纯林、杨树纯林和祁连圆柏纯林的细根生物量、土壤含水量、土壤容重和土壤养分状况,并在3种森林群落之间进行了比较研究,旨在为该区提高森林生产力和根系碳汇的后续研究提供理论依据。结果表明:研究区内3种乔木植被总细根生物量和活细根生物量之间呈极显著正相关,而细根生物量和土壤水分与土壤容重均呈显著负相关,土壤养分和土壤含水量对细根生物量有着积极的促进作用。3种植被类型的细根生物量都集中分布在20—40 cm土层,而且杨树林分依次是青海云杉林分的154倍、祁连圆柏纯林的308倍;3种植被类型的土壤容重依次为S_d杨 > S_d柏 > S_d杉,且两两之间差异显著;0—10 cm土壤含水量差异显著,青海云杉纯林远高于其他两种乔木植被;另外,3种植被类型土壤中含有的碳、氮含量差异也比较显著。     

Fine Root Dynamics in Thinned and Limed Pitch Pine and Japanese Larch Plantations

ABSTRACT

To investigate fine root dynamics after thinning (50% of standing tree) and liming calcium magnesium carbonate[CaMg(CO₃)₂] 2 Mg ha^{? 1}, a 2-year study was performed in 40-year-old pitch pine (Pinus rigida Mill.) and 44-year-old Japanese larch (Larix leptolepis Gord.) plantations in central Korea. Mean total fine root mass (kg ha^{? 1}± SE) in the control, thinned, and limed plots were 1234 ± 32, 1346 ± 67, and 1134 ± 40 for the pitch pine plantation and 1655 ± 48, 1953 ± 58, and 1868 ± 70 for the Japanese larch plantation, respectively. Live fine root mass of pitch pine at 0-10 cm soil depth decreased after thinning and liming. In addition, liming significantly increased dead fine root mass of Japanese larch. Fine root production (kg ha^{? 1} yr^{? 1}± SE) in the control, thinned and limed plots was 1108 ± 148, 2077 ± 262, and 1686 ± 103 for the pitch pine plantation and 1762 ± 103, 1886 ± 277, and 2176 ± 271 for the Japanese larch plantation, respectively. Fine root turnover rates increased after liming for both plantations. Fine root nitrogen (N) and phosphorus (P) concentrations of Japanese larch (1.012% of N and 0.073% of P) were higher than those of pitch pine (0.809% of N and 0.046% of P) in the control. Also N and P inputs into soil through fine root turnover increased after treatments. Results indicated that comparing fine root dynamics among forest types and after forest management practices might influence differences in soil fertility and underground nutrient cycling.     

黄土丘陵区油松林细根在坡面的空间分布特征

以黄土丘陵区人工油松林坡地为研究对象,采用网格法,距坡顶10m(SP1),20m(SP2),30m(SP3)和40m(SP4)处,分9层(20cm/层)钻取土样,分析了细根形态、生物量的空间分异特征。结果表明:(1)油松细根生物量和根长密度主要分布在0—100cm的土壤中,占0—180cm土壤的83%和81%,并随土层深度增加呈指数下降趋势,比根长则随土层深度增加而逐渐增大;(2)SP1处细根生物量(1.26 mg/cm~3)、根长密度(7.21 mm/cm~3)、根面积密度(13.28mm~2/cm~3)显著小于SP2,SP3和SP4(p0.05),而SP1处比根长(1 099.36 mm/mg)、比根面积(1 075.48mm~2/mg)显著大于其他坡位处的(p0.05);(3)油松细根在坡面的空间分异性,是由于不同坡位立地条件下土壤水分的显著差异导致,其影响程度达到极显著水平(p0.01)。研究结果对于揭示立地条件对根系行为的影响机制具有一定的参考价值,为黄土丘陵区水土保持植物措施的配置提供科学依据。     

膜下滴灌不同灌水定额对玉米根系生长的影响

玉米根系的分布特征受多种因素的制约,其中影响最大的有土壤水分和生育期阶段等,通过分析不同灌水处理条件下,不同生育期,土壤深度与根长密度和根重密度的关系,研究膜下滴灌玉米各生育期根系在不同灌水定额处理下的分布规律,利用大田代表植株挖根试验得到的实测数据进行根长密度和根重密度计算。结果表明:根长在表层土壤中,随着水分的胁迫减轻,呈现增大趋势,深层反之,而且最大根深出现在80 cm处,在大喇叭期,处理1在20 cm土层根长密度最小（77.27 mm/cm³）,处理9最大（143.31 mm/cm³）,在40 cm土层,处理8的根长密度最小（16.11 mm/cm³）,处理1最大（24.89 mm/cm³）。根重密度与根长密度的规律基本一致,水分胁迫能促进根系向下伸长,在玉米拔节期,处理1在20 cm以上土层根干重仅占总根干重的67.9%,而处理9在20 cm则达到了90.2%。随着生育期的推进,表层根重密度随灌水量增大而增大,在大喇叭期,处理1的根重密度为8.16×10^-4 g/cm³,处理7为2.358×10^-3 g/cm³ 。水分胁迫使得根系深扎吸取水分来补偿亏缺,并且根变得较细较小,这说明根系自身会做出水分适应性环境调整,以达到重要机制的平衡。     

猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响

以烟草废弃物为基本原料进行堆肥试验,研究了不同比例猪粪与烟草废弃物混合堆肥体系中温度、pH、全氮、C/N比、水溶性NH＋4-N和种子发芽指数（GI,germination index）的动态变化规律,探讨了不同猪粪比例对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响。结果表明,在烟草废弃物中加入猪粪能缩短进入高温分解阶段的时间,增加高温分解持续时间,增加全氮含量,加快物料NH＋4-N和C/N比降低的速率,加快烟草废弃物堆肥腐熟化进程。添加一定比例猪粪的处理（烟草废弃物∶猪粪=7∶3、烟草废弃物∶猪粪=8∶2和烟草废弃物∶猪粪=9∶1）,分别在堆肥第3、4、5 d进入高温分解阶段（〉50 ℃）,高温持续时间分别为11、10、8 d;而纯烟草废弃物处理,最高温度为43 ℃,未进入高温分解阶段;至堆肥26 d,NH＋4-N含量分别比纯烟草废弃物对照降低47.7%、61.9%和25.6%;GI分别达到81.4%、84.1%和83.7%。     

两种微生物菌剂对烟草废弃物高温堆肥腐熟进程的影响

以烟草废弃物为主要原料,添加合适比例猪粪进行高温堆肥试验,研究了烟草废弃物堆肥体系中加入两种微生物菌剂（NNY、FB）后的温度、总氮（T-N）、NH4＋-N、C/N、种子发芽指数（GI）的动态变化及其对烟草废弃物堆肥产品品质的影响。结果表明,添加微生物菌剂缩短了烟草废弃物堆肥达到高温的时间,延长了高温分解持续时间,增加全氮含量,加快物料NH4＋-N和C/N比的降低速率,提高种子发芽指数（GI）,加快了烟草废弃物堆肥腐熟化进程。纯烟草废弃物单独堆肥,最高温度为43℃,GI最高为78.4%。添加微生物菌剂NNY、FB的堆肥处理都在堆肥2d后进入高温分解阶段（〉50℃）,高温持续时间分别为15、12d,较仅添加合适猪粪比例处理进入高温分解阶段时间提前2d,高温持续时间分别延长5、2d。至堆肥11d,添加微生物菌剂NNY和FB的堆肥处理种子发芽指数较纯烟草废弃物处理分别增加了185.5%和117.7%,较仅添加合适比例猪粪处理分别增加了41.4%和7.6%。添加NNY、FB微生物菌剂的处理可以显著增加烟草废弃物堆肥产品的N、P、K养分含量,降低堆肥容重,提高堆肥总孔隙度和持水孔隙度,改善了堆肥产品的品质。两种微生物菌剂对烟草废弃物高温腐熟效果较优。     

两种草本层台湾桤木林地细根分解及养分动态研究

在四川省丹棱县退耕还林地上,采用网袋法对两种草本层(黑麦草和自然草)台湾桤木林地中细根分解及养分释放的对比,以及对台湾桤木 黑麦草复合模式草根与细根混合分解进行了为期1 a的实验研究。结果表明:台湾桤木细根在复合模式和自然模式中分解速率、养分释放有所不同,经过1 a的分解,复合模式中N,K,Ca的残留率显著低于自然模式,而干质量、P,Mg的残留率差异不显著;复合模式混合处理的分解速率和N,P,K,Ca释放率介于单独分解的细根和草根之间,而Mg释放率则大于单独分解的细根和草根,经过1 a的分解,混合分解对混合处理的分解速率、P,K,Mg的释放有明显的促进作用,对N,Ca的释放影响不显著,在混合分解过程中的不同阶段,表现出来的相互作用形式不同。     

流域化学风化作用的碳汇机制研究进展

碳循环是连接温室气体、土地利用等全球性重大环境问题的关系纽带。流域的化学风化过程中CO2消耗过程是全球碳循环的重要组成部分,其作用所致的碳汇是"遗漏汇"的主要组成之一。本文结合国内外近来研究动态,探讨并总结了岩石圈化学风化的CO2消耗形成机理及其影响机制,流域CO2消耗通量的计算方法,流域河流的碳化学特征和输送特征对流域环境变化的响应。最后提出了当前流域碳循环研究中待解决的问题和今后发展方向。     

桂东南花岗岩红壤区典型崩岗剖面风化强度对理化特性的影响

[目的] 花岗岩红壤剖面风化强度与崩岗形成密切相关,促进崩岗侵蚀的发育和扩张,研究风化强度和理化特性对崩岗的作用机理,可为花岗岩崩岗科学防治提供理论依据。[方法] 选取花岗岩红壤区典型崩岗剖面为研究对象,测定不同土层的常量氧化物含量和土壤理化性质,分析花岗岩红壤风化强度对理化特性的影响。[结果] (1)土壤剖面常量氧化物组成以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,花岗岩风化壳表现出脱硅富铁铝化过程,风化强度随土壤剖面深度增加而降低,处于高等风化阶段。(2)土壤剖面的理化性质具有异质性。表层有机质、阳离子交换量、黏粒含量和饱和导水率高,黏结性和持水性强;下层砂粒含量高,结构松散,透水性强。(3)相关性和通径分析结果表明,风化强度与非毛管孔隙度、有机质、阳离子交换量、黏粒含量、饱和导水率、界限含水率呈正相关,Fe₂O₃对黏粒含量、砂粒含量和界限含水率的综合决定性能力最强。(4)表层风化强度高,黏粒比例高,对水的吸附能力强,土壤颗粒间的胶结作用强,土体稳定性好。下层风化强度低,胶结物质含量和界限含水率低,土体抗蚀性差,当土体暴露或者水蚀的条件下,容易崩塌形成崩岗。[结论] 土壤剖面风化强度对理化特性产生影响,是促进崩岗形成的重要影响因素。     

山西土石山区3种草本植物根拉拨特性

为了解山西省土石山区固土护坡草本植物根系拉拔特性,筛选拉拔力优势草本植物物种进行水土流失防治,通过开展根系原位拉拔力学试验,研究了3种典型草本植物香根草（Vetiveria zizanioides L.）、百喜草（Paspalum notatum Flugge）、黑麦草（Lolium perenne L.）根系拉拔力随根径和土层深度的变化规律。结果显示:3种草本植物根系拉拔力随着根径的增大而增加,且拉拔力与根径之间满足幂函数关系;整体上,根系拉拔力从大到小顺序表现为香根草 > 黑麦草 > 百喜草,而且三者之间差异显著;但在D≤0.4 mm和D>0.4 mm两个根径组下,黑麦草均表现出较好的拉拔力性能。在0—10 cm,10—20 cm两个土层间,香根草和百喜草两种植物根系拉拔力性能相似,而黑麦草单根拉拔力在表层土壤发挥效果优于下层土壤。从单根拉拔力方面出发,黑麦草在3种植物中可优先考虑用于固持浅表层土壤。试验探究了草本植物单根在不同根径组下和土层深度下的抗拔性能,研究结果可为山西省土石山区水土保持植物措施草本植物物种选择提供理论依据。     

黄土高原天然草地3种优势物种细根分解及养分释放对模拟氮沉降的响应

细根分解是草地土壤有机质和养分的主要来源,全球N沉降背景下细根分解动态变化对生态系统碳和养分循环具有重要意义。采用埋袋法研究黄土高原天然草地3个优势物种细根分解速率和养分释放规律及其对模拟N沉降(10g·N/(m2·a))的响应。结果表明:细根分解过程分为快速(0~60d)和慢速分解(60~719d)2个阶段。大针茅、甘青针茅和白莲蒿细根分解60d的质量残留率分别为86.3%,86.2%,90.7%,分解719d的质量残留率分别为58.1%,64.7%,70.5%,表明细根分解速率大小为大针茅甘青针茅白莲蒿。相关分析表明,细根分解常数与细根初始N含量、N/P值呈显著的正相关关系,与初始C含量、C/N值呈显著的负相关关系。随着根系分解,3种细根C元素表现为直接释放,N元素表现为N富集,P元素表现为富集-释放模式,整体呈波动式下降。模拟N沉降显著抑制了3种植物细根的分解,使大针茅、甘青针茅和白莲蒿细根分解系数分别显著降低了21.3%,26.8%,47.4%。模拟N沉降使大针茅、甘青针茅和白莲蒿分解末期C元素分别增加了26.8%,20.7%,16.6%,N元素分别增加了18.2%,17.0%,13.4%,而对P残留率均没有显著影响。综上,未来氮沉降的增加会抑制黄土高原封育草地优势物种的细根分解速率,减慢其细根分解向土壤输入C和N养分的过程。